KR20150137888A - Composite cathode active material, preparation method thereof, and lithium battery comprising the same - Google Patents

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Abstract

Disclosed are a composite positive electrode active material comprising: a core active material; one or more first polymers selected from the polymers of a fully fluorinated polymer formed on at least part of the core active material and a polymer having 60 to 90 atomic percent of a fluorine content; and a coating film including a carbon nano structure, a producing method thereof, a positive electrode comprising the composite positive electrode active material, and a lithium battery comprising the positive electrode.

Description

복합 양극 활물질, 그 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 전지{Composite cathode active material, preparation method thereof, and lithium battery comprising the same}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a composite cathode active material, a method of manufacturing the same, and a lithium battery including the composite cathode active material,

복합 양극 활물질, 그 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 전지에 관한 Complex cathode active material, method for manufacturing the same, and lithium battery including the same

각종 기기가 소형화 및고성능화됨에 따라 이러한 기기에 사용되는소형화, 경량화및 고에너지 밀도화화된 리튬 전지가 요구된다.As various devices become smaller and higher in performance, there is a demand for lithium batteries which are miniaturized, lightweight, and high energy density used in such devices.

상술한 특성을 갖는리튬 전지를 구현하기 위하여 고전압을 가지면서도 고율 특성 및 수명 특성이 우수한 양극 활물질 개발에 연구가 활발하게 이루어지고 있다.In order to realize a lithium battery having the above-described characteristics, researches have been actively made on the development of a cathode active material having a high voltage and excellent high-rate characteristics and life characteristics.

종래의 고전압의 양극 활물질은 충방전 과정에서 전해액과의 부반응을 일으키고, 양극 활물질에서 용출되는 전이금속 및 가스 등의 부산물이 생성된다. 이러한 양극 활물질의 부반응 및 양극 활물질로부터 생성되는 부산물에 의하여 전지의 고율특성 및 수명특성과 같은 성능이 열화된다. 따라서, 이러한 고전압에서 수명 및 고율 특성이 개선된 양극 활물질에 대한 개발 요구가 높다. Conventional high-voltage positive electrode active materials cause side reactions with the electrolyte during charging and discharging, and by-products such as transition metals and gases eluted from the positive electrode active material are produced. Such side reactions of the cathode active material and by-products generated from the cathode active material deteriorate performance such as high-rate characteristics and life characteristics of the battery. Therefore, there is a high demand for development of a cathode active material having improved lifetime and high-rate characteristics at such a high voltage.

일 측면은 신규한 복합 양극 활물질 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.An aspect of the present invention is to provide a novel composite cathode active material and a method of manufacturing the same.

다른 측면은 상기 복합 양극 활물질을 포함하는 리튬 전지를 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a lithium battery including the composite cathode active material.

일 측면에 따라, According to one aspect,

코어 활물질;Core active material;

상기 코어 활물질 상의 적어도 일부에 형성된 완전불소화된 고분자(fully fluorinated polymer) 및 불소 함량이 60 내지 90 원자%인 고분자 중에서 선택된 하나 이상의 제1고분자; 및 At least one first polymer selected from a fully fluorinated polymer formed on at least a portion of the core active material and a polymer having a fluorine content of 60 to 90 at%; And

카본 나노 구조체를 포함하는 코팅막을 함유하는 복합 양극 활물질이 제공된다.There is provided a composite cathode active material containing a coating film containing a carbon nanostructure.

다른 측면에 따라According to other aspects

코어 활물질 상에.완전불소화된 고분자 및 불소 함량이 60 내지 90 원자%인 고분자 중에서 선택된 하나 이상의 고분자; 및 카본 나노 구조체를 포함하는 코팅막을 형성하는 단계를 포함하는 복합 양극 활물질의 제조방법이 제공된다.At least one polymer selected from a completely fluorinated polymer and a polymer having a fluorine content of 60 to 90 atomic% on the core active material; And forming a coating film containing the carbon nanostructure. The present invention also provides a method for producing a composite cathode active material.

또 다른 측면에 따라 According to another aspect

상술한 양극을 포함하는 리튬 전지가 제공된다.There is provided a lithium battery including the above-described anode.

일 측면에 따른 복합 양극 활물질은 코어 활물질; 상기 코어 활물질 상의 적어도 일부에 형성된 완전 불소화된 고분자 및 카본 나노 구조체를 포함하는 코팅막을 포함하여 리튬 전지의 고율 특성 및 수명 특성이 개선될 수 있다.The composite cathode active material according to one aspect includes a core active material; And a coating film including a completely fluorinated polymer and a carbon nanostructure formed on at least a portion of the core active material, thereby improving the high-rate characteristics and lifetime characteristics of the lithium battery.

도 1은 일구현예에 따른 복합 양극 활물질의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 일구현예에 따른 리튬 전지의 분해 사시도이다.
도 3a, 도 4a, 도 5a, 도 6a는 각각 제조예 1의 복합 양극 활물질, 비교제조예 1-3에 따른 양극 활물질의 전자주사현미경 사진을 나타낸 것이다.
도 3b, 도 4b, 도 5b, 도 6b는 도 3a, 도 4a, 도 5a, 도 6a의 사진을 고배율로 확대하여 나타낸 전자주사현미경 사진이다.
도 7은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)의 전자주사현미경 사진이다.
도 8a 및 도 8b는 제조예 1에 따라 얻은 복합 양극 활물질의 전자주사현미경-에너지 분산형 분광법(scanning electron microscope-energy dispersive spectroscopy: SEM-EDS) 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 9a 및 도 9b는 제조예 1에 따라 얻은 복합 양극 활물질의 단면 및 표면을 전자주사현미경-집속이온빔 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 10은 비교제조예 1-2의 양극 활물질 및 제조예 1의 복합 양극 활물질에 대한 열중량 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 11은 제조예 1의 복합 양극 활물질 및 비교제조예 1-3의 양극 활물질에 대한 XPS 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 12는 실시예 1 및 비교예 1-4에 따라 제조된 코인셀에 대한 용량 유지율 변화를 나타낸 것이다.
도 13은 실시예 1 및 비교예 1-4에 따라 제조된 코인셀의 비용량 특성을 나타낸 것이다.
도 14는 실시예 1 및 비교예 1에 따라 얻은 양극에 대한 T-peel test 결과를 나타낸 것이다.
1 is a view showing a structure of a composite cathode active material according to one embodiment.
2 is an exploded perspective view of a lithium battery according to one embodiment.
3A, 4A, 5A, and 6A are electron micrographs of the composite cathode active material of Production Example 1 and the cathode active material of Comparative Production Example 1-3, respectively.
Figs. 3B, 4B, 5B and 6B are electron micrographs of the photographs of Figs. 3A, 4A, 5A and 6A magnified at a high magnification.
7 is an electron micrograph of polytetrafluoroethylene (PTFE).
FIGS. 8A and 8B show SEM-EDS analysis results of the composite cathode active material obtained according to Production Example 1 by scanning electron microscopy-energy dispersive spectroscopy (SEM-EDS).
FIGS. 9A and 9B show electron microscopic-focused ion beam analysis results of the cross section and the surface of the composite cathode active material obtained according to Production Example 1. FIG.
10 shows the result of thermogravimetric analysis of the cathode active material of Comparative Production Example 1-2 and the composite cathode active material of Production Example 1.
11 shows XPS analysis results of the composite cathode active material of Production Example 1 and the cathode active material of Comparative Production Example 1-3.
FIG. 12 shows the capacity retention rate change for the coin cell manufactured according to Example 1 and Comparative Example 1-4.
Fig. 13 shows non-capacity characteristics of a coin cell manufactured according to Example 1 and Comparative Example 1-4.
FIG. 14 shows T-peel test results for the positive electrode obtained in Example 1 and Comparative Example 1. FIG.

이하, 일구현예에 따른 복합 양극 활물질, 이를 포함하는 리튬 전지 및 이의 제조방법에 관하여 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, a composite cathode active material according to one embodiment, a lithium battery including the same, and a method of manufacturing the same will be described in detail.

코어 활물질; 상기 코어 활물질 상의 적어도 일부에 형성된 완전 불소화된 고분자 및 불소 함량이 60 내지 90 원자%인 고분자 중에서 선택된 하나 이상의 제1고분자; 및 카본 나노 구조체를 포함하는 코팅막을 함유하는 복합 양극 활물질이 제공된다.Core active material; At least one first polymer selected from a completely fluorinated polymer formed on at least a part of the core active material and a polymer having a fluorine content of 60 to 90 at%; And a coating film containing a carbon nanostructure.

상기 코어 활물질은 리튬의 삽입탈리가 가능한 재료를 포함한다. The core active material includes a material capable of intercalating lithium.

제1고분자의 함량은 카본 나노 구조체 100 중량부를 기준으로 하여 10 내지 700 중량부, 예를 들어 20 내지 500 중량부이다. 제1고분자의 함량이 상기 범위일 때 복합 양극 활물질을 이용하여 제조된 리튬 전지의 수명 및 고율 특성이 우수하다.The content of the first polymer is 10 to 700 parts by weight, for example, 20 to 500 parts by weight, based on 100 parts by weight of the carbon nanostructure. When the content of the first polymer is within the above range, the life and the high-rate characteristics of the lithium battery manufactured using the composite cathode active material are excellent.

제1고분자 및 카본 나노 구조체의 총함량은 복합 양극 활물질 100 중량부를 기준으로 하여 0.1 내지 30 중량부, 예를 들어 0.1 내지 10 중량부, 구체적으로 0.5 내지 4 중량부이다. 여기에서 제1고분자 및 카본 나노 구조체의 함량이 상기 범위일 때 복합 양극 활물질을 이용하여 수명 및 율 특성이 우수한 리튬 전지를 제작할 수 있다.The total content of the first polymer and the carbon nanostructure is 0.1 to 30 parts by weight, for example, 0.1 to 10 parts by weight, specifically 0.5 to 4 parts by weight, based on 100 parts by weight of the composite cathode active material. When the content of the first polymer and the carbon nanostructure is within the above range, a composite lithium battery can be used to manufacture a lithium battery having excellent life characteristics and rate characteristics.

상기 코팅막은 코어 활물질의 적어도 일부 상부에 형성되며 예를 들어 코어 활물질의 표면 전체에 연속적으로 형성된 연속적인 코팅막 형태를 가질 수 있거나 또는 코어 활물질의 표면 일부에 형성되는 아일랜드(island) 형태를 가질 수 있다.The coating film may have a continuous coating film shape formed on at least a part of the core active material, for example, continuously formed over the entire surface of the core active material, or may have an island shape formed on a part of the surface of the core active material .

상기 완전 불소화된 고분자는 수소 원자의 전부가 불소로 치환된 고분자 탄화수소 화합물로서, 예를 들어 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 퍼플루오로알콕시폴리머(PFA), 폴리테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌(poly(tetrafluoroethylene-co-hexafluoropropylene): FEP) 공중합체, 폴리테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬메타크릴 공중합체(polytetrafluoroethylene - perfluoroalkyl methacrylic copolymers) 등이 있다. The fully fluorinated polymer is a polymeric hydrocarbon compound in which all of the hydrogen atoms are substituted with fluorine, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE), perfluoroalkoxy polymer (PFA), polytetrafluoroethylene-hexafluoro Poly (tetrafluoroethylene-co-hexafluoropropylene) (FEP) copolymer, and polytetrafluoroethylene-perfluoroalkyl methacrylic copolymers.

상기 불소 함량은 고분자 화합물 전체 원소 중에 60 내지 90 원자%, 예를 들어 65 내지 80 원자%일 수 있다. 불소의 함량이 상기 범위일 때 불소에 의한 효과가 우수하다.The fluorine content may be 60 to 90 atomic%, for example, 65 to 80 atomic% in the whole elements of the polymer compound. When the content of fluorine is within the above range, the effect of fluorine is excellent.

상기 제1고분자에서 불소 함량은 X-선 광전자 분광법(XPS), 원소분석(EA), 열분석(TGA) 또는 주사전자현미경-X선 분광 분석(SEM-EDS)에 의하여 구할 수 있다.제1고분자는 큰 결합 에너지(binding energy)를 갖고 있어 산 또는 알칼리에 대한 높은 화학적 안정성을 갖고 있다. 따라서 이러한 제1고분자를 이용한 코팅막을 코어 활물질 표면에 형성하면 전지 시스템에서 전해질의 분해로 인하여 형성되는 불화수소(HF)와 같은 물질에 대한 안정성이 우수하다. 그리고 이러한 복합 양극 활물질을 이용한 양극을 이용하면 전지의 수명 특성이 개선될 수 있다.The fluorine content in the first polymer can be determined by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), elemental analysis (EA), thermal analysis (TGA) or scanning electron microscopy-X-ray spectroscopy (SEM-EDS) Polymers have high binding energy and high chemical stability to acids or alkalis. Therefore, when a coating film using such a first polymer is formed on the surface of the core active material, stability against a substance such as hydrogen fluoride (HF) formed due to decomposition of an electrolyte in a battery system is excellent. The life characteristics of the battery can be improved by using the anode using the composite cathode active material.

일구현예에 의하면, 필요에 따라 제1고분자 이외에 제2고분자를 더 포함할 수도 있다. 여기에서 제2고분자의 비제한적인 예로서 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리이미드, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 카르복시메틸 셀룰로오즈-스티렌 부타디엔 러버(carboxymethyl cellulose-styrene-butadiene rubber: SMC/SBR) 공중합체, 스티렌 부타디엔 고무계 폴리머 등을 들 수 있다.According to one embodiment, the first polymer may further include a second polymer as needed. Examples of the second polymer include polyvinylidene fluoride, polyimide, polyethylene, polyester, polyacrylonitrile, polymethylmethacrylate, polytetrafluoroethylene (PTFE), carboxymethylcellulose-styrene Carboxymethyl cellulose-styrene-butadiene rubber (SMC / SBR) copolymer, styrene-butadiene rubber-based polymer, and the like.

제2고분자의 함량은 예를 들어 제1고분자 100 중량부를 기준으로 하여 0.1 내지 20 중량부, 예를 들어 1 내지 10 중량부이다.The content of the second polymer is, for example, 0.1 to 20 parts by weight, for example, 1 to 10 parts by weight, based on 100 parts by weight of the first polymer.

일구현예에 따른 복합 양극 활물질에서 코팅막안에 함유된 고분자 또는 복합 양극 활물질은 유기용매에 대한 용해도가 0.1 mg/ml 이하, 예를 들어 0.00001 내지 0.1 mg/ml 이다. 여기에서 유기용매의 예로서 N-메틸피롤리돈(NMP)을 들 수 있다.In the composite cathode active material according to one embodiment, the polymer or composite cathode active material contained in the coating film has a solubility in an organic solvent of 0.1 mg / ml or less, for example, 0.00001 to 0.1 mg / ml. Examples of the organic solvent include N-methylpyrrolidone (NMP).

상기 카본 나노 구조체는 전도도가 우수하여 이를 포함한 코팅막을 코어 활물질 표면에 형성하면 전지의 속도 특성을 향상시킬 수 있는 복합 양극 활물질을 얻을 수 있다. 이와 같이 상기 고분자 및 카본 나노 구조체를 포함하는 코팅막을 가짐으로써 복합 양극 활물질을 이용한 양극을 채용한 리튬 전지의 속도 및 수명 특성을 향상할 수 있다.The carbon nanostructure is excellent in conductivity, and a composite cathode active material capable of improving the speed characteristics of the battery can be obtained by forming a coating film on the surface of the core active material. By thus having a coating film containing the polymer and the carbon nanostructure, the speed and lifetime characteristics of a lithium battery employing a positive electrode using a composite positive electrode active material can be improved.

상기 복합 양극 활물질의 코팅막은 상술한 고분자와 카본 나노 구조체를 포함하는 단일막 구조를 가질 수 있다. 또는 코팅막은 다층막 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어 코팅막은 코어 활물질 상부에 완전불소화된 고분자 및 불소 함량이 60 내지 90 원자%인 고분자 중에서 선택된 하나 이상의 제1고분자를 함유하는 제1코팅막이 형성되고 상기 제1코팅막 상부에 카본 나노 구조체를 포함하는 제2코팅막이 형성된 2층 구조를 가질 수도 있다. 이러한 2층 구조를 갖는 코팅막이 형성된 복합 양극 활물질을 이용하면전지의 속도 및 수명 특성을 향상할 수 있다.The coating film of the composite cathode active material may have a single film structure including the polymer and the carbon nanostructure. Or the coating film may be formed in the form of a multilayer film. For example, the coating layer may include a first coating layer formed on the core active material and containing at least one first polymer selected from a completely fluorinated polymer and a polymer having a fluorine content of 60 to 90 atomic%, and a carbon nanostructure Layer structure in which a second coating film is formed. The use of the composite cathode active material having such a two-layered coating film can improve the speed and life characteristics of the battery.

코팅막의 두께는 전지의 용량 및 효율을 증대시키기 위한 범위 내에서 두께에 특별히 제한을 두지 않으나, 1 내지 200㎚, 예를 들어 30㎚ 내지 200㎚, 일 수 있다. 코팅막의 두께 범위가 상기 범위일 때 충방전 속도 특성 및 수명 특성이 우수한 전지를 얻을 수 있다.The thickness of the coating film is not particularly limited to a thickness within a range for increasing the capacity and efficiency of the battery, but may be 1 to 200 nm, for example, 30 nm to 200 nm. When the thickness range of the coating film is in the above range, a battery having excellent charge / discharge rate characteristics and life characteristics can be obtained.

상기 복합 양극 활물질에서 카본 나노 구조체는 예를 들어 단일벽 카본 나노튜브(single-walled carbon nanotube), 다중벽 카본 나노튜브(multi-walled carbon nanotube), 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 카본 나노 튜브(CNT)의 평균 종횡비는 약 300 이하일 수 있고, 예를 들어 약 250 이하이고, 구체적으로 50 내지 200일 수 있다. In the composite cathode active material, the carbon nanostructure may include, for example, a single-walled carbon nanotube, a multi-walled carbon nanotube, or a combination thereof. For example, the average aspect ratio of the carbon nanotubes (CNTs) may be about 300 or less, for example, about 250 or less, specifically about 50 to 200.

"평균 종횡비"는 "평균 직경에 대한 평균 길이의 비(average length/average diameter ratio)"로 하였고, "평균 직경"은 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 10개 이상의 카본 나노 튜브를 관찰하여 가장 굵은 부분의 직경을 측정한 값의 평균값으로, "평균 길이"는 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 10개 이상의 카본 나노 튜브를 관찰하여 길이를 측정한 값의 평균값으로 정한 것이다.The "average aspect ratio" was defined as "average length / average diameter ratio" and the "average diameter" was obtained by observing 10 or more carbon nanotubes using a scanning electron microscope (SEM) The "average length" is an average value of values obtained by measuring lengths of 10 or more carbon nanotubes using a scanning electron microscope (SEM).

상기 카본 나노튜브는 예를 들어, 평균 직경이 1nm 내지 50nm 일 수 있고, 예를 들어 2nm 내지 50nm 일 수 있다. 상기 범위 내의 평균 직경을 갖는 카본 나노튜브는 상기 코어 활물질 상에 고르게 배치됨으로써 전기 전도도를 향상시킬 수 있어 충방전 속도 특성이 보다 개선될 수 있다. The carbon nanotubes may have an average diameter of, for example, 1 nm to 50 nm, and may be, for example, 2 nm to 50 nm. Carbon nanotubes having an average diameter within the above range can be uniformly disposed on the core active material, thereby improving electrical conductivity and improving charge / discharge rate characteristics.

CNT는 활성화 처리를 선택적으로 거칠 수 있다. 여기에서 활성화 처리는 예를 들어 상업적으로 입수 가능한 CNT를 질산, 황산과 같은 산, 과망간산칼륨과 같은 산화제 중에서 선택된 하나 이상을 이용하여 처리하고 초음파 처리를 실시하는 것을 말한다. 이러한 활성화 처리를 거치게 되면 CNT는 전도성이 더욱 더 향상될 수 있다.The CNT can selectively pass activation treatment. Here, the activation treatment refers to, for example, treating commercially available CNTs with at least one selected from among nitric acid, an acid such as sulfuric acid, and an oxidizing agent such as potassium permanganate, and performing ultrasonic treatment. When the activation treatment is performed, the conductivity of the CNT can be further improved.

도 1은 일 구현예에 따른 복합 양극 활물질(10)의 모식도이다. 1 is a schematic view of a composite cathode active material 10 according to one embodiment.

도 1을 참조하면, 복합 양극 활물질은 리튬의 삽입탈리가 가능한 코어 활물질 (10) 상에 카본 나노튜브(11) 및 완전불소화된 고분자 및 불소 함량이 60 내지 90 원자%인 고분자 중에서 선택된 하나 이상의 제1고분자 (12)의 코팅막 (13)을 포함하고 있다. 도 1에서 코팅막 (13)은 코어 활물질 (10) 상부에 연속적인 막 형태를 가지고 있다. 그러나 경우에 따라서는 코팅막은 불연속적인 막 형태 예를 들어 아일랜드 형태를 가질 수도 있다.1, the composite cathode active material includes a carbon nanotube 11 and a fully fluorinated polymer and a polymer having a fluorine content of 60 to 90 atomic% 1 < / RTI > polymer (12). In FIG. 1, the coating film 13 has a continuous film shape on the core active material 10. However, in some cases, the coating film may have a discontinuous film form, for example an island form.

상기 코팅막에서 카본 나노 구조체인 CNT는 코팅막(13)에 매립된(embedded)된 형태이거나 또는 도 1에 나타난 바와 같이 코팅막(13)으로부터 일부 노출된 형태를 가질 수 있다. The carbon nanostructure CNT in the coating layer may be embedded in the coating layer 13 or partially exposed from the coating layer 13 as shown in FIG.

상기 코팅막에서 카본 나노 구조체의 일부는 용융되어 비정질화될 수 있다.In the coating film, a part of the carbon nanostructure may be melted and amorphized.

이러한 복합 양극 활물질은 전해질과 코어 활물질간의 직접적인 접촉을 효과적으로 방지할 수 있다. 이에 따라 전해질의 산화반응에 따른 양극의 분해를 억제할 수 있고 충방전 사이클이 반복됨에 따라 양극과 전해질의 계면 저항 증가를 감소시켜 충방전 속도 특성 및 수명 특성이 개선될 수 있다. This composite cathode active material can effectively prevent direct contact between the electrolyte and the core active material. As a result, the decomposition of the anode due to the oxidation reaction of the electrolyte can be suppressed. As the charge and discharge cycles are repeated, the increase in the interfacial resistance between the anode and the electrolyte can be reduced to improve the charging / discharging rate characteristics and the life characteristics.

상기 코팅막의 두께는 1 내지 200nm일 수 있다. 예를 들어, 상기 코팅막의 두께는 30nm 내지 200nm일 수 있다. 상기 범위 내의 코팅막을 포함하는 복합 양극 활물질은 상기 리튬의 삽입탈리가 가능한 복합 산화물 코어 계면과 상기 코팅막 계면 간의 저항차이를 최소화할 수 있다.The thickness of the coating film may be 1 to 200 nm. For example, the thickness of the coating film may be 30 nm to 200 nm. The composite cathode active material containing the coating film within the above range can minimize the resistance difference between the interface of the composite oxide core and the coating film interface, at which lithium can be intercalated and deintercalated.

상기 코어 활물질은 리튬의 삽입탈리가 가능한 화합물로서 작동 전위 4.2V 이상의 고전압, 예를 들어 4.3 내지 5.5V 범위에서 사용 가능한 양극 활물질로서 The core active material is a compound capable of intercalation / deintercalation of lithium, and can be used as a cathode active material at a high voltage of 4.2 V or higher, for example, in the range of 4.3 to 5.5 V

층상형 또는 스피넬형 구조를 가질 수 있다. 코어 활물질은 예를 들어 과리튬 층상 산화물(overlithiated layered oxides), 리튬 망간 산화물, 리튬 니켈망간 산화물, 리튬 니켈코발트망간 산화물, 비금속 원소로 도핑된 리튬 망간 산화물, 비금속 원소로 도핑된 리튬 니켈망간 산화물, 비금속 원소로 도핑된 리튬 니켈코발트망간 산화물, 및 이들 조합물 중에서 선택된 하나 일 수 있다. Layered or spinel-type structure. The core active material may be selected from, for example, overlithiated layered oxides, lithium manganese oxide, lithium nickel manganese oxide, lithium nickel cobalt manganese oxide, lithium manganese oxide doped with a nonmetallic element, lithium nickel manganese oxide doped with a non- Lithium nickel cobalt manganese oxide doped with a non-metallic element, and combinations thereof.

예를 들어, 상기 코어 활물질은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.For example, the core active material may be a compound represented by the following general formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

yLi[Li1 /3Me2 /3]O2-(1-y)LiMe’O2 yLi [Li 1/3 Me 2 /3] O 2 - (1-y) LiMe'O 2

상기 화학식 1 중, 0<y<1, Me은 Mn, Mo, W, V, Ti, Zr, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt 중에서 선택된 하나 이상이고, Me’는 Ni, Co, Mn, Cr, Zr, Nb, Cu, V, Ti, Zn, Al, Ga, Mg, 및 붕소(B) 중에서 선택된 하나 이상이고 예를 들어 Ni, Mn, Co 중에서 선택된 하나 이상이다.Me is at least one selected from the group consisting of Mn, Mo, W, V, Ti, Zr, Ru, Rh, Pd, Os, Ir and Pt. At least one selected from the group consisting of Cr, Zr, Nb, Cu, V, Ti, Zn, Al, Ga, Mg and boron.

상기 화학식 1에서 0<y<≤0.8일 수 있다.In the above formula (1), 0 < y <

상기 화학식 1에서 Me는 하기 화학식 2로 표시될 수 있다.In the above formula (1), Me may be represented by the following formula (2).

[화학식 2](2)

M’aMbMnc M ' a M b Mn c

상기 화학식 2 중 M은 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 바나듐(V), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 백금(Pt) 중에서 선택된 하나 이상이고, M in Formula 2 may be at least one selected from the group consisting of molybdenum (Mo), tungsten (W), vanadium (V), titanium (Ti), zirconium (Zr), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), osmium , Iridium (Ir), and platinum (Pt).

M’은 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 코발트(Co), 크롬(Cr), 철(Fe), 마그네슘(Mg) 중에서 선택된 하나 이상이고, M 'is at least one selected from the group consisting of Ni, Cu, Zn, Co, Cr, Fe and Mg,

0≤a≤0.33, 0<b≤0.33, a+b+c=1이다. 0? A? 0.33, 0 <b? 0.33, and a + b + c = 1.

상기 코어 활물질은 하기 화학식 3 내지 6로 표시되는 화합물 중에서 선택된 하나 이상이다.The core active material is at least one selected from the compounds represented by the following general formulas (3) to (6).

[화학식 3](3)

LixCo1 -y- zNiyMzO2 - aXa Li x Co 1 - y - z Ni y M z O 2 - a X a

상기 화학식 3 중, 0.9≤x≤1.6, 0≤y≤1, 0≤z≤1, 0≤a≤1, 0.9? X? 1.6, 0? Y? 1, 0? Z? 1, 0? A?

X는 산소(O), 불소(F), 황(S) 및 인(P) 중에서 선택된 하나 이상이고,X is at least one selected from oxygen (O), fluorine (F), sulfur (S) and phosphorus (P)

M은 Ni, Co, Mn, Cr, Zr, Nb, Cu, V, Ti, Zn, Al, Ga, Mg, 및 붕소(B) 중에서 선택된 하나 이상이고,M is at least one selected from the group consisting of Ni, Co, Mn, Cr, Zr, Nb, Cu, V, Ti, Zn, Al, Ga, Mg,

[화학식 4][Chemical Formula 4]

LixMn2 - yMyO4 - aXa Li x Mn 2 - y M y O 4 - a X a

상기 화학식 4 중, 0.9≤x≤1.6, 0≤y≤1, 0≤z≤0.5, 0≤a≤1, X? 1.6, 0? Y? 1, 0? Z? 0.5, 0? A? 1,

X는 산소(O), 불소(F), 황(S) 및 인(P) 중에서 선택된 하나 이상이고,X is at least one selected from oxygen (O), fluorine (F), sulfur (S) and phosphorus (P)

M은 Ni, Co, Mn, Cr, Zr, Nb, Cu, V, Ti, Zn, Al, Ga, Mg, 및 붕소(B) 중에서 선택된 하나 이상이고,M is at least one selected from the group consisting of Ni, Co, Mn, Cr, Zr, Nb, Cu, V, Ti, Zn, Al, Ga, Mg,

[화학식 5][Chemical Formula 5]

MFePO4 MFePO 4

상기 화학식 5 중, M은 Ni, Co, Mn, Cr, Zr, Nb, Cu, V, Ti, Zn, Al, Ga, Mg, 및 붕소(B) 중에서 선택된 하나 이상이다.In Formula 5, M is at least one selected from the group consisting of Ni, Co, Mn, Cr, Zr, Nb, Cu, V, Ti, Zn, Al, Ga, Mg and boron.

<화학식 6>(6)

LixMyM'zPO4 - dXd Li x M y M ' z PO 4 - d X d

상기 화학식 6중, 0.9≤x≤1.1, 0<y≤1, 0≤z≤1, 1.9≤x+y+z≤2.1, 0≤d≤0.2이며; M은 Fe, Mn, Ni 및 Co로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이며; 0.9? X? 1.1, 0? Y? 1, 0? Z? 1, 1.9? X + y + z? 2.1, 0? D? M is at least one selected from the group consisting of Fe, Mn, Ni and Co;

M'는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Zr, Nb, Mo, W, Zn, Al, Si, Cr, Zr, Nb, Cu, V, Ti, Zn, Ga, 및 붕소(B)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이며; X는 S 및 F로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이다.M 'is composed of Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Zr, Nb, Mo, W, Zn, Al, Si, Cr, Zr, Nb, Cu, V, Ti, Zn, Ga, At least one selected from the group; X is at least one selected from the group consisting of S and F.

상기 화학식 3 및 4에서 x는 1.1 내지 1.6이다. 일구현예에 따른 코어 활물질은 Li1.18Ni0.17Co0.1Mn0.56O2, LiCoO2, LiFePO4, LiFe1 -aMnaPO4(0<a<1), LiNi0 .5Mn1 .5O4 또는 LiMnPO4이다.In the above formulas (3) and (4), x is 1.1 to 1.6. Core active material according to an embodiment, the Li 1.18 Ni 0.17 Co 0.1 Mn 0.56 O 2, LiCoO 2, LiFePO 4, LiFe 1 -a Mn a PO 4 (0 <a <1), LiNi 0 .5 Mn 1 .5 O is 4 or LiMnPO 4.

코어 활물질로서 많은 양의 리튬을 포함하는 고용량의 양극 활물질을 사용하는 경우 고전압 하에 충방전이 요구되어 양극 표면에서 전해질이 분해되기 쉬우며, 이로 인해 상기 리튬 전이금속 산화물에 포함된 Mn과 같은 전이금속이 전해질에 의해 용해되어 용출하기 쉽다. 또한, 표면 부반응으로 인하여 사이클을 진행하거나 고온 충방전시 용량이 감소되고 보관될 경우 자가 방전이 되기 쉽다.When a high capacity positive electrode active material containing a large amount of lithium as a core active material is used, charging and discharging are required under a high voltage and the electrolyte is likely to be decomposed on the surface of the positive electrode. As a result, a transition metal such as Mn contained in the lithium transition metal oxide Is dissolved by the electrolyte and is liable to elute. Also, when the cycle progresses due to the surface side reaction or when the capacity is reduced and stored at high temperature charging / discharging, self-discharge is likely to occur.

그러나 일구현예에 따른 코팅막을 포함한 복합 양극 활물질을 이용하여 고전압 및/또는 고온 하에서도 코어 활물질과 전해질 사이의 분해를 막음으로써, 리튬 전지의 충방전 속도 특성 및 수명 특성이 개선될 수 있다.However, by preventing the decomposition between the core active material and the electrolyte even under a high voltage and / or a high temperature by using a composite cathode active material containing a coating film according to one embodiment, the charging / discharging speed characteristics and lifetime characteristics of the lithium battery can be improved.

다른 측면에 따라 코어 활물질 상에.완전불소화된 고분자 및 불소 함량이 60 내지 90 원자%인 고분자 중에서 선택된 하나 이상의 제1고분자; 및 카본 나노 구조체를 포함하는 코팅막을 형성하는 단계를 포함하는 복합 양극 활물질의 제조방법이 제공된다.At least one first polymer selected from a completely fluorinated polymer and a polymer having a fluorine content of 60 to 90 atomic% on the core active material according to another aspect; And forming a coating film containing the carbon nanostructure. The present invention also provides a method for producing a composite cathode active material.

상기 코팅막을 형성하는 단계는 건식 방법에 따라 실시될 수 있다. 여기에서 건식 방법은 코어 활물질, 제1고분자 및 카본 나노 구조체에 용매를 사용하지 않고 기계적인 에너지를 가하여 코어 활물질 표면에 코팅막을 형성하는 방법을 모두 포함한다.The step of forming the coating film may be carried out according to a dry method. Here, the dry method includes all the methods of forming a coating film on the surface of the core active material by applying mechanical energy to the core active material, the first polymer, and the carbon nanostructure without using a solvent.

건식 방법은 예를 들어 볼밀법, 혼성화(hybridization), 또는 메카노퓨전(mechanofusion)법을 포함한다. 여기에서 볼밀(ball mill)법은 예를 들어 유성 볼밀(ball mill)법, 저속 볼밀법, 또는 고속 볼밀법이 있다. The drying method includes, for example, a ball mill method, a hybridization method, or a mechanofusion method. Here, the ball mill method is, for example, a planetary ball mill method, a low speed ball mill method, or a high speed ball mill method.

상기 메카노퓨전법은 혼합물을 회전하는 용기 내에 투입한 후 원심력으로 상기 혼합물을 용기 내벽에 고정시킨 후 용기 내벽과 약간의 간격으로 근접하는 암헤드(arm head)와의 틈으로 압축하는 방법이다.In the mechanofusion method, the mixture is put into a rotating container, and then the mixture is fixed to the inner wall of the container by centrifugal force, and then compressed into a gap between the inner wall of the container and the adjacent arm head at a slight interval.

상기 건식 방법에 따라 실시하는 경우, 열처리 단계는 거치지 않는다. 필요에 따라서 코팅막이 형성된 후에 제1고분자를 변성시키지 않는 범위내에서 열처리 단계를 거칠 수도 있다. 열처리 과정을 거치게 되면 코어 활물질에 대한 코팅막의 접착력을 증진시키고 불순물을 제거하여 상기 코어 상에 견고한 코팅막을 형성할 수 있다.When carrying out according to the above-mentioned dry method, the heat treatment step is not performed. If necessary, a heat treatment step may be performed within a range in which the first polymer is not denatured after the coating film is formed. When the heat treatment is performed, the adhesion of the coating film to the core active material is improved, and impurities are removed, thereby forming a firm coating film on the core.

경우에 따라서는 습식 방법에 따라서 코팅막을 형성할 수 있다.In some cases, a coating film can be formed according to a wet method.

상기 습식 방법은 스프레이법, 공침(coprecipitation)법 또는 침지(dipping)법을 이용할 수 있다. 예를 들어, 침지법을 이용할 수 있다. The wet method may be a spray method, a coprecipitation method, or a dipping method. For example, a dipping method can be used.

상기 침지법은 예를 들어, 아세톤, 또는 메탄올, 에탄올, NMP과 같은 알코올의 유기 용매에 카본 나노 구조체 분말 및 코어 활물질을 분산시킨 분산액을 준비한다. 상기 분산액에 코어 활물질을 침지시킨 후 열처리하는 과정을 거치게 된다.The dipping method is, for example, preparing a dispersion in which carbon nanostructure powder and core active material are dispersed in an organic solvent such as acetone or an alcohol such as methanol, ethanol or NMP. The core active material is immersed in the dispersion and then heat-treated.

또 다른 측면에 따른 리튬 전지는 양극; 전해질; 및 음극을 구비하며, 상기 양극은 상술한 복합 양극 활물질을 포함할 수 있다. 상기 리튬 전지는 예를 들어 다음과 같이 제조할 수 있다.A lithium battery according to another aspect includes: a positive electrode; Electrolyte; And a cathode, and the anode may include the composite cathode active material described above. The lithium battery can be manufactured, for example, as follows.

먼저, 상기 양극은 다음과 같이 제조될 수 있다.First, the anode can be manufactured as follows.

일구현예에 따른 복합 양극 활물질, 도전제, 바인더 및 용매를 혼합하여 양극 활물질층 형성용 조성물을 준비한다. The composite cathode active material according to one embodiment, the conductive agent, the binder and the solvent are mixed to prepare a composition for forming the cathode active material layer.

상기 양극 활물질층 형성용 조성물을 집전체상에 직접 코팅 및 건조하여 양극 활물질층이 형성된 양극 극판을 제조할 수 있다. The composition for forming the positive electrode active material layer may be directly coated on the current collector and dried to prepare a positive electrode plate having the positive electrode active material layer.

다른 방법으로는 상기 양극 활물질층 형성용 조성물을 별도의 지지체상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 상기 집전체 상에 라미네이션하여 양극 활물질층이 형성된 양극을 제조할 수 있다. Alternatively, the composition for forming a cathode active material layer may be cast on a separate support, and a film obtained by peeling the support from the support may be laminated on the current collector to produce a cathode having the cathode active material layer formed thereon.

상기 양극은 4.2V 이상, 예를 들어 4.3 내지 5.5V의 고전압에서 동작 가능하다.The anode is operable at a high voltage of 4.2V or higher, for example 4.3 to 5.5V.

상술한 양극 활물질층 형성용 조성물의 도전제로는 카본 블랙, 흑연 미립자 천연 흑연, 인조 흑연, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 탄소섬유; 카본나노튜브, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 또는 금속 튜브; 폴리페닐렌 유도체와 같은 전도성 고분자 등이 사용될 수 있으나 이들로 한정되지 않으며 당해 기술 분야에서 도전제로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.Examples of the conductive agent of the composition for forming a positive electrode active material layer include carbon black, graphite fine particle natural graphite, artificial graphite, acetylene black, ketjen black, carbon fiber; Metal powders or metal fibers or metal tubes such as carbon nanotubes, copper, nickel, aluminum, and silver; Conductive polymers such as polyphenylene derivatives, and the like can be used, but the present invention is not limited thereto, and any conductive polymer may be used as the conductive polymer in the art.

바인더로는 비닐리덴 플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리이미드, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 카르복시메틸 셀룰로오즈-스티렌 부타디엔 러버(carboxymethyl cellulose-styrene-butadiene rubber: SMC/SBR) 공중합체, 스티렌 부타디엔 고무계 폴리머 또는 그 혼합물이 사용될 수 있다. Examples of the binder include vinylidene fluoride / hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride, polyimide, polyethylene, polyester, polyacrylonitrile, polymethylmethacrylate, polytetrafluoroethylene (PTFE) A carboxymethyl cellulose-styrene-butadiene rubber (SMC / SBR) copolymer, a styrene butadiene rubber-based polymer, or a mixture thereof may be used.

상기 용매로는 N-메틸피롤리돈, 아세톤 또는 물 등이 사용될 수 있으나, 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다.As the solvent, N-methylpyrrolidone, acetone, water or the like may be used, but not limited thereto, and any solvent which can be used in the technical field can be used.

상기 복합 양극 활물질, 도전제, 바인더 및 용매의 함량은 리튬 전지에서 통상적으로 사용하는 수준이다.The content of the composite cathode active material, the conductive agent, the binder and the solvent is a level commonly used in a lithium battery.

양극 제조시 상술한 복합 양극 활물질 이외에 리튬 전지에서 통상적으로 사용되는 제1양극 활물질을 더 포함할 수 있다. 제1양극 활물질의 함량은 예를 들어 복합 양극 활물질 100 중량부에 대하여 0.1 내지 30 중량부이다.The positive electrode active material may further include a first positive electrode active material conventionally used in a lithium battery in addition to the composite positive electrode active material described above. The content of the first cathode active material is, for example, 0.1 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the composite cathode active material.

상기 제1양극 활물질로서 리튬코발트산화물, 리튬니켈코발트망간산화물, 리튬니켈코발트알루미늄산화물, 리튬철인산화물, 및 리튬망간산화물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으나, 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 이용 가능한 모든 양극 활물질이 사용될 수 있다.The first positive electrode active material may include at least one selected from the group consisting of lithium cobalt oxide, lithium nickel cobalt manganese oxide, lithium nickel cobalt aluminum oxide, lithium iron phosphate, and lithium manganese oxide, but is not limited thereto. Any cathode active material available in the art may be used.

예를 들어, LiaA1 - bBbD2(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 및 0≤b≤0.5이다); LiaE1 -bBbO2-cDc(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05이다); LiE2 - bBbO4 - cDc(상기 식에서, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05이다); LiaNi1 -b- cCobBcDα(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α≤2이다); LiaNi1 -b- cCobBcO2 Fα(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α<2이다); LiaNi1 -b- cCobBcO2 Fα(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α<2이다); LiaNi1 -b- cMnbBcDα(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α≤2이다); LiaNi1 -b- cMnbBcO2 Fα(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α<2이다); LiaNi1 -b- cMnbBcO2 Fα(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α<2이다); LiaNibEcGdO2(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.9, 0≤c≤0.5, 0.001≤d≤ 0.1이다.); LiaNibCocMndGeO2(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.9, 0≤c≤0.5, 0≤d≤0.5, 0.001≤e≤0.1이다.); LiaNiGbO2(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1이다.); LiaCoGbO2(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1이다.); LiaMnGbO2(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1이다.); LiaMn2GbO4(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1이다.); QO2; QS2; LiQS2; V2O5; LiV2O5; LiIO2; LiNiVO4; Li(3-f)J2(PO4)3(0≤f≤2); Li(3-f)Fe2(PO4)3(0≤f≤2); LiFePO4의 화학식 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 사용할 수 있다.For example, Li a A 1 - b B b D 2 , where 0.90? A? 1.8, and 0? B? 0.5; Li a E 1 -b B b O 2 -c D c wherein, in the formula, 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0 ? C? 0.05; LiE 2 - b B b O 4 - c D c where 0? B? 0.5, 0 ? C? 0.05; Li a Ni 1 -b- c Co b B c D ? Wherein, in the formula, 0.90 ? A? 1.8, 0 ? B ? 0.5, 0 ? C ? 0.05, 0? Li a Ni 1 -b- c Co b B c O 2 - ? F ? Wherein? 0.90? A? 1.8, 0 ? B ? 0.5, 0 ? C ? 0.05, 0 <? Li a Ni 1 -b- c Co b B c O 2 - ? F ? Wherein? 0.90? A? 1.8, 0 ? B ? 0.5, 0 ? C ? 0.05, 0 <? Li a Ni 1 -b- c Mn b B c D ? Wherein, in the formula, 0.90 ? A? 1.8, 0 ? B ? 0.5, 0 ? C ? 0.05, 0? Li a Ni 1 -b- c Mn b B c O 2 - ? F ? Wherein? 0.90? A? 1.8, 0 ? B ? 0.5, 0 ? C ? 0.05, 0 <? Li a Ni 1 -b- c Mn b B c O 2 - ? F ? Wherein? 0.90? A? 1.8, 0 ? B ? 0.5, 0 ? C ? 0.05, 0 <? Li a Ni b E c G d O 2 wherein 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.9, 0? C? 0.5, and 0.001? D? 0.1; Li a Ni b Co c Mn d GeO 2 wherein 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.9, 0? C? 0.5, 0? D? 0.5, and 0.001? E? 0.1. Li a NiG b O 2 (in the above formula, 0.90? A? 1.8, and 0.001? B? 0.1); Li a CoG b O 2 (in the above formula, 0.90? A? 1.8, 0.001? B? 0.1); Li a MnG b O 2 (in the above formula, 0.90? A? 1.8, and 0.001? B? 0.1); Li a Mn 2 G b O 4 (in the above formula, 0.90? A? 1.8, 0.001? B? 0.1); QO 2; QS 2 ; LiQS 2 ; V 2 O 5 ; LiV 2 O 5 ; LiIO 2 ; LiNiVO 4; Li (3-f) J 2 (PO 4 ) 3 (0 ? F? 2 ); (0≤f≤2) Li (3-f ) Fe 2 (PO 4) 3; A compound represented by any one of the formulas of LiFePO 4 can be used.

상기 화학식에 있어서, A는 Ni, Co, Mn, 또는 이들의 조합이고; B는 Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, 희토류 원소 또는 이들의 조합이고; D는 O, F, S, P, 또는 이들의 조합이고; E는 Co, Mn, 또는 이들의 조합이고; F는 F, S, P, 또는 이들의 조합이고; G는 Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, 또는 이들의 조합이고; Q는 Ti, Mo, Mn, 또는 이들의 조합이고; I는 Cr, V, Fe, Sc, Y, 또는 이들의 조합이며; J는 V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, 또는 이들의 조합이다.In the above formula, A is Ni, Co, Mn, or a combination thereof; B is Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, a rare earth element or a combination thereof; D is O, F, S, P, or a combination thereof; E is Co, Mn, or a combination thereof; F is F, S, P, or a combination thereof; G is Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, or combinations thereof; Q is Ti, Mo, Mn, or a combination thereof; I is Cr, V, Fe, Sc, Y, or a combination thereof; J is V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, or a combination thereof.

상기, 복합 양극 활물질, 도전제, 결합제 및 용매의 함량은 리튬 전지에서 통상적으로 사용되는 수준이다. 리튬 전지의 용도 및 구성에 따라 상기 도전제, 결합제 및 용매 중 하나 이상이 생략될 수 있다.The content of the composite cathode active material, the conductive agent, the binder and the solvent is a level commonly used in a lithium battery. At least one of the conductive agent, the binder and the solvent may be omitted depending on the use and configuration of the lithium battery.

음극은 상기 양극 제조과정에서 양극 활물질 대신 음극 활물질을 사용한 것을 제외하고는 거의 동일한 방법에 따라 실시하여 얻을 수 있다. The negative electrode can be obtained by substantially the same method except that the positive electrode active material is replaced with the negative electrode active material in the positive electrode manufacturing process.

음극 활물질로는 탄소계 재료, 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘계 합금, 실리콘-탄소계 재료 복합체, 주석, 주석계 합금, 주석-탄소 복합체, 금속 산화물 또는 그 조합을 사용한다.As the negative electrode active material, a carbon-based material, silicon, a silicon oxide, a silicon-based alloy, a silicon-carbon-based material composite, a tin, a tin alloy, a tin-carbon composite or a metal oxide or a combination thereof is used.

상기 탄소계 재료는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 결정질 탄소는 무정형, 판상, 인편상(flake), 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연과 같은 흑연일 수 있으며, 상기 비정질 탄소는 소프트 카본(soft carbon: 저온 소성 탄소) 또는 하드 카본(hard carbon), 메조페이스 피치(mesophase pitch) 탄화물, 소성된 코크스, 그래핀, 카본블랙, 풀러렌 수트(fullerene soot), 카본나노튜브, 및 탄소섬유로 등일 수 있으나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.The carbon-based material may be crystalline carbon, amorphous carbon or a mixture thereof. The crystalline carbon may be graphite such as natural graphite or artificial graphite in the form of amorphous, plate-like, flake, spherical or fibrous type, and the amorphous carbon may be soft carbon or hard carbon carbon fiber, carbon fiber, mesophase pitch carbide, fired coke, graphene, carbon black, fullerene soot, carbon nanotube, and carbon fiber, Anything that can be used is possible.

상기 음극 활물질은 Si, SiOx(0 <x <2, 예를 들어 0.5 내지 1.5), Sn, SnO2, 또는 실리콘 함유 금속 합금 및 이들이 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. 상기 실리콘 합금을 형성할 수 있는 금속으로는 Al, Sn, Ag, Fe, Bi, Mg, Zn, in, Ge, Pb 및 Ti 중에서 하나 이상 선택하여 사용할 수 있다.The negative electrode active material may be selected from the group consisting of Si, SiOx (0 <x <2, for example, 0.5 to 1.5), Sn, SnO 2 or a silicon-containing metal alloy and mixtures thereof. At least one of Al, Sn, Ag, Fe, Bi, Mg, Zn, In, Ge, Pb and Ti may be used as the metal for forming the silicon alloy.

상기 음극 활물질은 리튬과 합금 가능한 금속/준금속, 이들의 합금 또는 이의 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬과 합금 가능한 금속/준금속은 Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, SbSi-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Si는 아님), Sn-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Sn은 아님), MnOx (0 < x ≤ 2) 등일 수 있다. 상기 원소 Y로는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 또는 이들의 조합일 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬과 합금가능한 금속/준금속의 산화물은 리튬 티탄 산화물, 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물, SnO2, SiOx(0<x<2) 등일 수 있다.The negative electrode active material may include a metal / metalloid alloy that is alloyable with lithium, an alloy thereof, or an oxide thereof. For example, the metal / metalloid capable of alloying with lithium may be at least one selected from the group consisting of Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, SbSi-Y alloy (Y is an alkali metal, an alkaline earth metal, a Group 13 element, , A rare earth element or a combination element thereof and not Si), an Sn-Y alloy (Y is an alkali metal, an alkaline earth metal, a Group 13 element, a Group 14 element, a transition metal, a rare earth element, , MnOx (0 < x? 2), and the like. The element Y may be at least one element selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Se, Te, Po, or a combination thereof. For example, the oxide of the metal / metalloid capable of alloying with lithium may be lithium titanium oxide, vanadium oxide, lithium vanadium oxide, SnO 2 , SiO x (0 <x <2) and the like.

예를 들어, 상기 음극 활물질은 원소 주기율표의 13족 원소, 14족 원소 및 15족 원소로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 원소를 포함할 수 있다.For example, the negative electrode active material may include one or more elements selected from the group consisting of Group 13 elements, Group 14 elements, and Group 15 elements of the Periodic Table of the Elements.

예를 들어, 상기 음극 활물질은 Si, Ge 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 원소를 포함할 수 있다. For example, the negative electrode active material may include at least one element selected from the group consisting of Si, Ge, and Sn.

상기, 음극 활물질, 도전제, 결합제 및 용매의 함량은 리튬 전지에서 통상적으로 사용되는 수준이다. The content of the negative electrode active material, the conductive agent, the binder and the solvent is a level commonly used in a lithium battery.

세퍼레이터는 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. The separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used.

세퍼레이터의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 20㎛이다. 이러한 세퍼레이터로는, 예를 들어, 폴리프로필렌 등의 올레핀계 고분자; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 고체 고분자 전해질이 사용되는 경우에는 고체 고분자 전해질이 세퍼레이터를 겸할 수도 있다.The pore diameter of the separator is generally 0.01 to 10 mu m and the thickness is generally 5 to 20 mu m. As such a separator, for example, an olefin-based polymer such as polypropylene; A sheet or nonwoven fabric made of glass fiber, polyethylene or the like is used. When a solid polymer electrolyte is used as the electrolyte, the solid polymer electrolyte may also serve as a separator.

상기 세퍼레이터 중에서 올레핀계 고분자의 구체적인 예로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 이들의 2층 이상의 다층막이 사용될 수 있으며, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 2층 세퍼레이터, 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌 3층 세퍼레이터, 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 3층 세퍼레이터 등과 같은 혼합 다층막이 사용될 수 있다.Among the separators, specific examples of the olefin-based polymer include polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride, or a multilayer film of two or more thereof. The separator may be a polyethylene / polypropylene double layer separator, a polyethylene / polypropylene / polyethylene triple layer separator, A multi-layered film such as a polypropylene / polyethylene / polypropylene three-layer separator or the like may be used.

상기 리튬염 함유 비수 전해질은 비수 전해질과 리튬염으로 이루어져 있다. The lithium salt-containing nonaqueous electrolyte is composed of a nonaqueous electrolyte and a lithium salt.

비수 전해질로는 비수 전해액, 유기 고체 전해질, 또는 무기 고체 전해질 사용된다.As the non-aqueous electrolyte, a non-aqueous electrolyte, an organic solid electrolyte, or an inorganic solid electrolyte is used.

상기 비수 전해액은 유기유매를 포함한다. 이러한 유기용매는 당해 기술분야에서 유기 용매로 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, 프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트, 플루오로에틸렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 메틸프로필카보네이트, 에틸프로필카보네이트, 메틸이소프로필카보네이트, 디프로필카보네이트, 디부틸카보네이트, 플루오로에틸렌카보네이트, 벤조니트릴, 아세토니트릴, 테트라히드로퓨란, 2-메틸테트라히드로퓨란, γ-부티로락톤, 디옥소란, 4-메틸디옥소란, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, N,N-디메틸설폭사이드, 디옥산, 1,2-디메톡시에탄, 설포란, 디클로로에탄, 클로로벤젠, 니트로벤젠, 디에틸렌글리콜, 디메틸에테르 또는 이들의 혼합물 등이다.The nonaqueous electrolytic solution includes an organic oil. These organic solvents may be used as long as they can be used as organic solvents in the art. Examples of the solvent include propylene carbonate, ethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, methyl propyl carbonate, ethyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, dipropyl carbonate, dibutyl carbonate N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylformamide, tetrahydrofuran, tetrahydrofuran, Dimethylacetamide, N, N-dimethylsulfoxide, dioxane, 1,2-dimethoxyethane, sulfolane, dichloroethane, chlorobenzene, nitrobenzene, diethylene glycol, dimethyl ether or mixtures thereof.

상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 고분자, 폴리 에지테이션 리신, 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolyte include a polyethylene derivative, a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a phosphate ester polymer, a polyelectrolytic lysine, a polyester sulfide, a polyvinyl alcohol, a polyvinylidene chloride, And the like can be used.

상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.Examples of the inorganic solid electrolyte include Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Li 4 SiO 4 -LiI- 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2, and the like can be used.

상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiAlO2, LiAlCl4, LiN(CxF2x +1SO2)(CyF2y +1SO2)(단 x, y는 자연수), LiCl, LiI 또는 이들의 혼합물 등이 있다. 그리고 비수계 전해질에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사메틸포스포아미드(hexamethyl phosphoramide), 니트로벤젠유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N, N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있다.The lithium salt is a material that is readily soluble in the non-aqueous electrolyte, for example, LiPF 6, LiBF 4, LiSbF 6, LiAsF 6, LiClO 4, LiCF 3 SO 3, Li (CF 3 SO 2) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3 , LiAlO 2 , LiAlCl 4 , LiN (C x F 2 x +1 SO 2 ) (C y F 2y + 1 SO 2 ) (where x and y are natural numbers), LiCl, LiI, . For the purpose of improving the charge-discharge characteristics and the flame retardancy, non-aqueous electrolytes include, for example, pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, glyme, hexamethylphosphoamide hexamethyl phosphoramide, nitrobenzene derivatives, sulfur, quinone imine dyes, N-substituted oxazolidinones, N, N-substituted imidazolidines, ethylene glycol dialkyl ethers, ammonium salts, pyrroles, 2-methoxyethanol, Etc. may be added. In some cases, a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride or ethylene trifluoride may be further added to impart nonflammability.

도 2에서 보여지는 바와 같이, 상기 리튬 전지 (20)는 양극 (23), 음극 (22) 및 세퍼레이터 (24)를 포함한다. 상술한 양극(23), 음극(22) 및 세퍼레이터 (24)가 와인딩되거나 접혀서 전지케이스 (26)에 수용된다. 이어서, 상기 전지케이스 (26)에 유기전해액이 주입되고 캡(cap) 어셈블리 (25)로 밀봉되어 리튬 전지 (21)가 완성된다. 상기 전지케이스는 원통형, 각형, 박막형 등일 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬 전지는 박막형 전지일 수 있다. 상기 리튬 전지는 리튬 이온 전지일 수 있다.2, the lithium battery 20 includes an anode 23, a cathode 22, and a separator 24. The positive electrode 23, the negative electrode 22 and the separator 24 described above are wound or folded and accommodated in the battery case 26. Then, an organic electrolytic solution is injected into the battery case 26 and sealed with a cap assembly 25 to complete the lithium battery 21. The battery case may have a cylindrical shape, a rectangular shape, a thin film shape, or the like. For example, the lithium battery may be a thin film battery. The lithium battery may be a lithium ion battery.

상기 양극 및 음극 사이에 세퍼레이터가 배치되어 전지 구조체가 형성될 수 있다. 상기 전지구조체가 바이셀 구조로 적층된 다음, 유기 전해액에 함침되고, 얻어진 결과물이 파우치에 수용되어 밀봉되면 리튬 이온 폴리머 전지가 완성된다.A separator may be disposed between the anode and the cathode to form a battery structure. The cell structure is laminated in a bi-cell structure, then impregnated with an organic electrolyte solution, and the obtained result is received in a pouch and sealed to complete a lithium ion polymer battery.

또한, 상기 전지 구조체는 복수개 적층되어 전지팩을 형성하고, 이러한 전지팩이 고용량 및 고출력이 요구되는 모든 기기에 사용될 수 있다. 예를 들어, 노트북, 스마트폰, 전기차량 등에 사용될 수 있다.In addition, a plurality of battery assemblies may be stacked to form a battery pack, and such battery pack may be used for all devices requiring high capacity and high output. For example, a notebook, a smart phone, an electric vehicle, and the like.

상기 리튬 전지는 전도도 향상에 의해, 우수한 사이클 충방전 효율 및 용량을 나타낼 수 있다. 또한, 충방전 속도에 따른 저항이 감소하여, 고속 충방전을 구현할 수 있고 충방전 과정 중 전극 표면에서의 부반응이 억제되고 양극 표면에서의 전해질 분해를 효과적으로 방지할 수 있어, 전지 수명이 길어진다. 이와 같이 고율특성 및 수명특성이 우수하므로 전기차량(electric vehicle, EV)에 적합하다. 예를 들어, 플러그인하이브리드차량(plug-in hybrid electric vehicle)(PHEV) 등의 하이브리드 차량에 적합하다.The lithium battery can exhibit excellent cycle charge / discharge efficiency and capacity by improving the conductivity. In addition, the resistance according to the charge / discharge rate can be reduced, high-speed charge / discharge can be realized, side reactions at the surface of the electrode can be suppressed during charging and discharging, electrolyte decomposition at the surface of the anode can be effectively prevented, and battery life is prolonged. As such, it is suitable for an electric vehicle (EV) because it has a high rate characteristic and a good life characteristic. For example, a hybrid vehicle such as a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV).

이하에서는 구체적인 실시예들을 제시한다.  다만, 하기에 기재된 실시예들은 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로써 제한되는 것을 의미하는 것은 아니다.Hereinafter, specific embodiments will be described. It should be understood, however, that the embodiments described below are intended to be illustrative or for the purpose of illustration only and are not intended to be limiting.

제조예Manufacturing example 1: 복합 양극 활물질의 제조 1: Preparation of composite cathode active material

코어 활물질인Li1 .18Ni0 .17Co0 .1Mn0 .56O2 100 중량부, 단일벽 카본 나노튜브(enanotec 사 제품, 순도: 90 % 이상, 평균 직경: 2 nm, 평균 길이: 30 um) 1 중량부, 및 폴리테트라플루오로에틸렌 0.5 중량부를 Nobilta NOB- MINI(Hosokawa사 제품)를 이용하여 약 3000rpm에서 30분 동안 혼합 및 분쇄하여 상기 코어 활물질 상에 상기 단일벽 카본 나노튜브 및 폴리테트라플루오로에틸렌의 코팅막을 포함하는 복합 양극 활물질을 제조하였다.Active material core of Li 1 .18 Ni 0 .17 Co 0 .1 Mn 0 .56 O 2 100 parts by weight of single wall carbon nanotubes (enanotec Co., purity: 90% or more, average particle diameter: 2 nm, average length: 30 μm) and 0.5 part by weight of polytetrafluoroethylene were mixed and pulverized at about 3000 rpm for 30 minutes using Nobilta NOB-MINI (manufactured by Hosokawa) for 30 minutes to form the single wall carbon nanotubes and the single wall carbon nanotubes A composite cathode active material including a coating film of polytetrafluoroethylene was prepared.

상기 과정에서 따라 얻은 복합 양극 활물질에서 CNT의 함량은 1 중량부이고, 폴리테트라플루오로에틸렌의 함량은 0.5 중량부이고 코어 활물질인 OLO의 함량은 98.5 중량부이었다. In the composite cathode active material obtained above, the content of CNT was 1 part by weight, the content of polytetrafluoroethylene was 0.5 parts by weight, and the content of OLO as a core active material was 98.5 parts by weight.

제조예Manufacturing example 2-4: 복합 양극 활물질의 제조 2-4: Preparation of composite cathode active material

폴리테트라플루오로에틸렌의 함량이 0.5 중량부 대신 0.2 중량, 1 중량부 및 5 중량부로 각각 변화된 것을 제외하고는, 제조예 1과 동일하게 실시하여 복합 양극 활물질을 제조하였다.A composite cathode active material was prepared in the same manner as in Production Example 1 except that the content of polytetrafluoroethylene was changed to 0.2 weight, 1 weight part and 5 weight parts instead of 0.5 weight part, respectively.

비교제조예1Comparative Preparation Example 1 : 양극 활물질: Cathode active material

양극 활물질로서 Li1 .18Ni0 .17Co0 .1Mn0 .56O2를 사용하였다.As a cathode active material was used as Li 1 .18 Ni 0 .17 Co 0 .1 Mn 0 .56 O 2.

비교제조예Comparative Manufacturing Example 2: 양극 활물질의 제조  2: Preparation of cathode active material

단일벽 카본 나노튜브를 사용하지 않은 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 양극 활물질을 제조하였다.The cathode active material was prepared in the same manner as in Production Example 1 except that single-walled carbon nanotubes were not used.

비교제조예Comparative Manufacturing Example 3: 양극 활물질의 제조 3: Preparation of cathode active material

단일벽 카본 나노튜브를 사용하지 않고 폴리테트라플루오로에틸렌의 함량이 0.5 중량부 대신 1 중량부로 변화된 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 양극 활물질을 제조하였다.A cathode active material was prepared in the same manner as in Production Example 1, except that the content of polytetrafluoroethylene was changed to 1 part by weight instead of 0.5 part by weight without using single-wall carbon nanotubes.

비교제조예Comparative Manufacturing Example 4: 양극 활물질의 제조 4: Preparation of cathode active material

폴리테트라플루오로에틸렌을 사용하지 않고 단일벽 카본 나노튜브 1 중량부를 사용한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 양극 활물질을 제조하였다.Except that polytetrafluoroethylene was not used and 1 part by weight of single-walled carbon nanotubes were used in place of polytetrafluoroethylene, to prepare a cathode active material.

실시예Example 1: 양극 및  1: anode and 코인셀의Coin cell 제조 Produce

실시예 1에서 제조된 복합 양극 활물질, 탄소 도전제(Denka Black), 및 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF)을 92:4:4의 중량비로 혼합한 혼합물을 N-메틸피롤리돈(NMP)과 함께 마노 유발에서 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 15㎛ 두께의 알루미늄 집전체 위에 상기 슬러리를 바코팅(bar coating)하고 상온에서 건조한 후 진공, 120℃의 조건에서 다시 한번 건조하고, 압연 및 펀칭하여 55㎛ 두께의 양극을 제조하였다.A mixture obtained by mixing the composite cathode active material prepared in Example 1, a carbon conductive agent (Denka Black), and polyvinylidene fluoride (PVdF) in a weight ratio of 92: 4: 4 was dissolved in N-methylpyrrolidone (NMP) Were mixed together in agate mortar to prepare a slurry. The slurry was bar coated on an aluminum current collector having a thickness of 15 μm, dried at room temperature, dried again under vacuum at 120 ° C., and rolled and punched to prepare a positive electrode having a thickness of 55 μm.

상기 양극을 사용하여, 리튬 금속을 상대 전극으로 하고, PTFE 격리막(separator)과 1.3M LiPF6가 EC(에틸렌 카보네이트)+DEC(디에틸 카보네이트)+EMC(에틸메틸카보네이트)(3:5:2 부피비)에 녹아있는 용액을 전해질로 사용하여 코인셀을 제조하였다.Using the positive electrode, lithium metal was used as a counter electrode, and a PTFE separator and 1.3M LiPF 6 were mixed in a ratio of EC (ethylene carbonate) + DEC (diethyl carbonate) + EMC (ethyl methyl carbonate) Volume ratio) was used as an electrolyte to prepare a coin cell.

실시예Example 2-4: 양극 및  2-4: anode and 코인셀의Coin cell 제조 Produce

실시예 1에서 제조된 복합 양극 활물질 대신 실시예 2-4에 따라 제조된 복합 양극 활물질을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 양극판 및 코인셀을 제조하였다.A positive electrode plate and a coin cell were fabricated in the same manner as in Example 1, except that the composite positive electrode active material prepared in Example 2-4 was used in place of the composite positive electrode active material prepared in Example 1.

비교예Comparative Example 1-4: 양극 및  1-4: anode and 코인셀의Coin cell 제조 Produce

실시예 1에서 제조된 복합 양극 활물질 대신 비교예 1-4에 따라 제조된 양극 활물질을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 양극 및 코인셀을 제조하였다.A positive electrode and a coin cell were fabricated in the same manner as in Example 1, except that the positive electrode active material prepared in Comparative Example 1-4 was used in place of the composite positive electrode active material prepared in Example 1.

비교예Comparative Example 5: 양극 및  5: anode and 코인셀의Coin cell 제조 Produce

양극 활물질인 Li1 .18Ni0 .17Co0 .1Mn0 .56O2, 단일벽 카본 나노튜브(enanotec 사 제품, 순도: 90 % 이상, 평균 직경: 2 nm, 평균 길이: 30 um), 및 폴리테트라플루오로에틸렌을 92:4:4의 중량비로 혼합한 혼합물을 N-메틸피롤리돈(NMP)과 함께 마노 유발에서 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 15㎛ 두께의 알루미늄 집전체 위에 상기 슬러리를 바코팅(bar coating)하고 상온에서 건조한 후 진공, 120℃의 조건에서 다시 한번 건조하고, 압연 및 펀칭하여 55㎛ 두께의 양극을 제조하였다.The positive electrode active material Li 1 .18 Ni 0 .17 Co 0 .1 Mn 0 .56 O 2, single wall carbon nanotubes (enanotec Co., purity: 90% or more, average particle diameter: 2 nm, average length: 30 um) , And polytetrafluoroethylene in a weight ratio of 92: 4: 4 was mixed with N-methyl pyrrolidone (NMP) in an agate mortar to prepare a slurry. The slurry was bar coated on an aluminum current collector having a thickness of 15 μm, dried at room temperature, dried again under vacuum at 120 ° C., and rolled and punched to prepare a positive electrode having a thickness of 55 μm.

상기 양극을 사용하여, 리튬 금속을 상대 전극으로 하고, PTFE 격리막(separator)과 1.3M LiPF6가 EC(에틸렌 카보네이트)+DEC(디에틸 카보네이트)+EMC(에틸메틸카보네이트)(3:5:2 부피비)에 녹아있는 용액을 전해질로 사용하여 코인셀을 제조하였다.Using the positive electrode, lithium metal was used as a counter electrode, and a PTFE separator and 1.3M LiPF 6 were mixed in a ratio of EC (ethylene carbonate) + DEC (diethyl carbonate) + EMC (ethyl methyl carbonate) Volume ratio) was used as an electrolyte to prepare a coin cell.

평가예Evaluation example 1: 전자주사현미경( 1: scanning electron microscope SEMSEM ) 분석) analysis

비교제조예 1의 OLO, 비교제조예 2 및 3의 양극 활물질 및 제조예 1에 따라 얻은 양극 활물질에 대한 전자주사현미경 분석을 실시하였다. 전자주사현미경 분석은 주사 전자 현미경(SEM, Hitachi사 제품, 모델명: S-5500)을 이용하여 관찰하였고, 각각 도 3a 내지 6a에 나타난 바와 같다. 그리고 도 3b내지 도 6b는 도 3a 내지 6a를 각각 확대하여 나타낸 것이다. 그리고 제조예 1에 따라 얻은 양극 활물질과의 비교를 위하여 폴리테트라플루오로에틸렌의 전자주사현미경 사진을 도 7에 나타내었다.Electron microscope analysis of the cathode active material of Comparative Production Example 1, the cathode active materials of Comparative Production Examples 2 and 3, and the cathode active material obtained according to Production Example 1 were carried out. The scanning electron microscope analysis was observed using a scanning electron microscope (SEM, product of Hitachi, model: S-5500), as shown in Figs. 3A to 6A, respectively. And Figs. 3B to 6B are enlarged views of Figs. 3A to 6A, respectively. An electron micrograph of polytetrafluoroethylene is shown in Fig. 7 for comparison with the cathode active material obtained according to Production Example 1. Fig.

이를 참조하면, OLO 표면에 PTFE와 CNT가 코팅되어 있음을 알 수 있었다. As a result, it was found that PTO and CNT were coated on the OLO surface.

평가예Evaluation example 2: 전자주사현미경( 2: scanning electron microscope scanningscanning electronelectron microscopemicroscope : : SEMSEM )-에너지 분산형 분광법() - Energy dispersive spectroscopy ( EnergyEnergy dispersivedispersive spectroscopyspectroscopy : : EDSEDS ))

상기 제조예 1에 따라 얻은 복합 양극 활물질을 전자주사현미경을 이용하여 분석하였다. 분석 결과는 도 8a과 같고, 도 8a의 네모 표시 영역에서 불소에 대한 SEM-EDS 결과를 도 8b에 나타내었다. The composite cathode active material obtained according to Preparation Example 1 was analyzed using an electron microscope. The results of the analysis are shown in FIG. 8A, and the SEM-EDS results for fluorine in the square display area of FIG. 8A are shown in FIG. 8B.

이를 참조하면 PTFE가 코어 활물질 표면에 고르게 코팅되어 있다는 것을 알 수 있었다.As a result, it can be seen that PTFE is uniformly coated on the surface of the core active material.

평가예Evaluation example 3 3 :: 전자주사현미경( Electron microscope SEMSEM )-) - 집속이온빔Focused ion beam (( FIBFIB : : FocusingFocusing IonIon BeamBeam ) 분석) analysis

제조예 1에 따라 얻은 복합 양극 활물질의 단면 및 표면을 전자주사현미경-집속이온빔 분석을 실시하였다. 복합 양극 활물질의 단면 및 표면 분석 결과를 각각 도 9a 및 도 9b에 나타내었다.The cross section and the surface of the composite cathode active material obtained according to Production Example 1 were subjected to an electron scanning microscope-focused ion beam analysis. The cross-sectional and surface analysis results of the composite cathode active material are shown in FIGS. 9A and 9B, respectively.

이를 참조하여 코어 활물질 표면에 코팅막이 형성됨을 확인할 수 있었다. Referring to this, it was confirmed that a coating film was formed on the surface of the core active material.

평가예Evaluation example 4:  4: 열중량Thermal weight 분석( analysis( ThermogravimetryThermogravimetry AnalysisAnalysis ; ; TGATGA ))

비교제조예 1-2의 양극 활물질 및 제조예 1의 복합 양극 활물질에 대한 열중량 분석을 열중량 분석기(TA instrument, SDF-2960)를 이용하여 실시하였다.Thermogravimetric analysis of the positive electrode active material of Comparative Production Example 1-2 and the composite positive electrode active material of Production Example 1 was performed using a thermogravimetric analyzer (TA instrument, SDF-2960).

상기 분석 결과는 도 10에 나타난 바와 같다.The results of the analysis are shown in FIG.

도 10을 참조하여, 제조예 1의 복합 양극 활물질에서 존재하는 PTFE 및 CNT 함량 범위를 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 10, the content range of PTFE and CNT present in the composite cathode active material of Production Example 1 was confirmed.

평가예Evaluation example 5: X선 광전자 분광( 5: X-ray photoelectron spectroscopy ( XPSXPS ) 분석) analysis

제조예 1의 복합 양극 활물질 및 비교제조예 1-3의 양극 활물질에 대하여 XPS 분석을 하기 조건에 따라 실시하였다. The composite cathode active material of Production Example 1 and the cathode active material of Comparative Production Example 1-3 were subjected to XPS analysis under the following conditions.

시료를 진공 하에 100℃에서 4시간 동안 건조시킨 후 XPS분석기로는 Quantum 2000 Scanning ESCAMicroprobe (Physical Electronics사 제조)를 사용하였고 X-ray 소스로는 단색화 Al-Kα선 (1486.6 eV, 27.7 W)을 이용하여 분석을 실시하였다. The sample was dried under vacuum at 100 ° C. for 4 hours. Quantum 2000 Scanning ESCAM microprobe (manufactured by Physical Electronics Co., Ltd.) was used as an XPS analyzer. Monochromated Al-Kα line (1486.6 eV, 27.7 W) was used as an X-ray source Respectively.

상기 분석 결과는 하기 표 1 및 도 11에 나타난 바와 같다.The results of the analysis are shown in Table 1 and Fig.

구분division 함량 (atm%)Content (atm%) C1sC1s O1sO1s F1sF1s Na1sNa1s Mn2pMn2p Co2PCo2P Ni2PNi2P 제조예 1Production Example 1 49.3149.31 23.1323.13 16.0716.07 2.162.16 5.85.8 0.670.67 2.872.87 비교제조예 1Comparative Preparation Example 1 10.7410.74 53.7753.77 00 6.186.18 16.8116.81 2.992.99 9.519.51 비교제조예 2Comparative Production Example 2 15.215.2 52.9952.99 4.724.72 3.633.63 16.4416.44 2.282.28 4.764.76 비교제조예 3Comparative Production Example 3 15.6315.63 52.9552.95 6.446.44 4.044.04 14.6614.66 1.61.6 4.694.69

상기 표 1을 참조하면, 제조예 1에 따라 CNT와 PTFE를 함유한 코팅막이 형성된 경우에는 비교제조예 2의 경우와 비교해볼 때 불소의 결합 상태에서 변화가 관찰되었다. 그리고 제조예 1에 따르면 비교제조예 1의 경우와 비교해볼 때 C1s에 해당되는 탄소 및 F1s에 대항하는 불소의 함량이 높게 나타났다. 이로부터 코어 활물질 표면에 PTFE 및 CNT 코팅막이 형성되는 것을 알 수 있었다.Referring to Table 1, when a coating film containing CNT and PTFE was formed according to Production Example 1, a change in the fluorine bonding state was observed as compared with Comparative Production Example 2. According to Production Example 1, the content of fluorine against C1s and F1s against C1s was higher than that of Comparative Production Example 1. From this, it can be seen that PTFE and CNT coating films are formed on the surface of the core active material.

평가예Evaluation example 6: 수명 특성 평가 6: Evaluation of life characteristics

1)실시예 1 및 비교예 1-41) Example 1 and Comparative Example 1-4

상기 실시예 1 및 비교예 1-4에 따라 제조된 코인셀을45℃의 고온에서 리튬 금속 대비 2.5 ~ 4.6V의 전압 범위에서 1C rate의 정전류로 120회 충방전시켰다. 120번째 사이클에서의 용량 유지율은 하기 수학식 1로 표시된다. 120 번째 사이클에서의 용량 유지율의 일부를 도 12에 나타내었다.The coin cells prepared according to Example 1 and Comparative Example 1-4 were charged and discharged 120 times at a constant current of 1 C rate in a voltage range of 2.5 to 4.6 V relative to lithium metal at a high temperature of 45 ° C. The capacity retention rate in the 120th cycle is expressed by the following equation (1). A part of the capacity retention rate in the 120th cycle is shown in Fig.

[수학식 1][Equation 1]

120th 사이클에서의 용량 유지율[%] = [120th 사이클에서의 방전용량 / 1st 사이클에서의 방전용량] × 100Capacity retention rate in 120 th cycle [%] = [Discharge capacity in 120th cycle / 1 st Discharge capacity in cycle] × 100

도 12에서 보여지는 바와 같이 실시예 1의 코인셀은 비교예 1-4의 코인셀에 비해 향상된 수명특성을 나타내었다.As shown in FIG. 12, the coin cell of Example 1 exhibited improved life characteristics compared to the coin cell of Comparative Example 1-4.

2)실시예 1 및 비교예 52) Example 1 and Comparative Example 5

상술한 실시예 1 및 비교예 1-4의 수명 특성 평가 방법과 동일하게 실시예 1 As in the method for evaluating the life characteristics of the above-described Example 1 and Comparative Example 1-4,

및 비교예 5의 코인셀의 수명 특성을 평가하였다.And the life characteristics of the coin cell of Comparative Example 5 were evaluated.

평가 결과, 실시예 1의 코인셀은 비교예 5의 경우와 비교하여 수명 특성이 향상됨을 알 수 있었다.As a result of the evaluation, it was found that the life characteristics of the coin cell of Example 1 were improved as compared with the case of Comparative Example 5.

평가예Evaluation example 8:  8: 율속Rate 성능( Performance( raterate capabilitycapability ) )

1)실시예 1 및 비교예 1-41) Example 1 and Comparative Example 1-4

실시예 1 및 비교예 1-4에 따라 제조된 코인셀을 상온(25℃)에서 정전류(0.5C) 및 정전압(4.5V, 0.05C cut-off) 조건에서 충전시킨 후, 10분간 휴지(rest)하였다. 이어, 전류의 크기를 정전류 (0.2C 또는 2C) 조건 하에 2.5V가 될 때까지 방전시켰다. 즉, 방전 속도를 각각 0.2C 및 2C로 변화시킴에 따라 상기 코인셀의 율속 성능(rate capability)을 평가하였다. 그 결과를 표 2에 나타내었다. C-rate는 셀의 방전 속도로서, 셀의 총 용량을 총 방전시간으로 나누어 얻어진 값을 의미한다. 하기 표 3에서 율속 성능은 하기 수학식 2에 의해 얻어지고 전압 감소는 수학식 3에 의하여 구해진다.The coin cells prepared according to Example 1 and Comparative Example 1-4 were charged at a constant current (0.5 C) and a constant voltage (4.5 V, 0.05 C cut-off) at room temperature (25 ° C.) ). Then, the magnitude of the electric current was discharged to 2.5 V under a constant current (0.2 C or 2 C) condition. That is, the rate capability of the coin cell was evaluated by changing the discharge rates to 0.2C and 2C, respectively. The results are shown in Table 2. C-rate is the discharge rate of the cell, which is the value obtained by dividing the total capacity of the cell by the total discharge time. In the following Table 3, the rate-limiting performance is obtained by the following equation (2) and the voltage reduction is obtained by the equation (3).

[수학식 2]&Quot; (2) &quot;

율속 성능(%) = [(2C에서의 방전용량)/(0.2C에서의 방전용량)]×100Rate performance (%) = [(Discharge capacity at 2C) / (Discharge capacity at 0.2C)] x 100

[수학식 3]&Quot; (3) &quot;

전압 감쇄=(100번째 사이클에서의 방전전압-2번째 사이클에서의 방전전압)Voltage attenuation = (discharge voltage in the 100th cycle, discharge voltage in the second cycle)

구분division 율속 성능(%)Rate performance (%) 전압 감쇄
(voltage decay)(△V)
Voltage attenuation
(V)
실시예 1Example 1 79.679.6 0.1420.142 비교예 1Comparative Example 1 72.872.8 0.160.16 비교예 2Comparative Example 2 69.469.4 0.1450.145 비교예 3Comparative Example 3 67.567.5 0.1420.142 비교예 4Comparative Example 4 81.381.3 0.170.17

상기 표 3 를 참조하면, 비교예 4에 따라 제조된 코인셀은 CNT 코팅막이 형성된 양극 활물질을 이용하여 율속 성능은 개선되지만 전압 감소폭이 크게 나타났다.Referring to Table 3, the coin cell manufactured according to Comparative Example 4 uses a cathode active material having a CNT coating layer to improve the rate-limiting performance but has a large voltage drop.

이에 반하여 실시예 1에 따라 제조된 코인셀에서는 PTFE 및 CNT을 함유한 코팅막이 형성된 복합 양극 활물질을 이용한 전극을 채용하여 전압 감쇄의 지연효과가 비교예 1-4의 경우와 비교하여 더 향상되면서 코팅막의 CNT에 의하여 율속 성능도 향상됨을 알 수 있었다. On the other hand, in the coin cell manufactured according to Example 1, the delay effect of the voltage attenuation was improved as compared with the case of Comparative Example 1-4 by employing the electrode using the composite cathode active material having the coating film containing PTFE and CNT, The CNT of CNTs showed that the rate - limiting performance was improved.

2)실시예 1-4 및 비교예 12) Examples 1-4 and Comparative Example 1

실시예 1-4 및 비교예 1에 따라 제조된 코인셀을 상온(25℃)에서 정전류(0.5C) 및 정전압(4.5V, 0.05C cut-off) 조건에서 충전시킨 후, 10분간 휴지(rest)하였다. 이어, 전류의 크기를 정전류 (0.2C 또는 2C) 조건 하에 2.5V가 될 때까지 방전시켰다. 즉, 방전 속도를 각각 0.2C 및 2C로 변화시킴에 따라 상기 코인셀의 율속 성능(rate capability)을 평가하였다. 그 결과를 표 3에 나타내었다.C-rate는 셀의 방전 속도로서, 셀의 총 용량을 총 방전시간으로 나누어 얻어진 값을 의미한다. 하기 표 3에서 율속 성능은 하기 수학식 4에 의해 얻어진다.The coin cell prepared in Example 1-4 and Comparative Example 1 was charged at a constant current (0.5 C) and a constant voltage (4.5 V, 0.05 C cut-off) at room temperature (25 ° C.) ). Then, the magnitude of the electric current was discharged to 2.5 V under a constant current (0.2 C or 2 C) condition. That is, the rate capability of the coin cell was evaluated by changing the discharge rates to 0.2C and 2C, respectively. The results are shown in Table 3. C-rate is a discharge rate of the cell, which means a value obtained by dividing the total capacity of the cell by the total discharge time. The rate-limiting performance in the following Table 3 is obtained by the following equation (4).

[수학식 4]&Quot; (4) &quot;

율속 성능(%) = [(2C에서의 방전용량)/(0.2C에서의 방전용량)]×100Rate performance (%) = [(Discharge capacity at 2C) / (Discharge capacity at 0.2C)] x 100

구분division 율속 성능(%)Rate performance (%) 실시예 1Example 1 81.281.2 실시예 2Example 2 79.679.6 실시예 3Example 3 79.379.3 실시예 4Example 4 76.676.6 비교예 1Comparative Example 1 76.176.1

상기 표 3 를 참조하면, 실시예 1-4의 코인셀은 비교예 1의 경우와 비교하여 율속 성능이 향상됨을 알 수 있었다.Referring to Table 3, it was found that the speed-up performance of the coin cell of Example 1-4 was improved compared with that of Comparative Example 1.

3)실시예 1 및 비교예 63) Example 1 and Comparative Example 6

상술한 실시예 1 및 비교예 1-4의 율속 성능 평가 방법과 동일하게 실시예 1 Similar to the above-described rate-limiting performance evaluation methods of Example 1 and Comparative Example 1-4,

및 비교예 6의 코인셀의 율속 특성을 평가하였다.And the rate characteristics of the coin cell of Comparative Example 6 were evaluated.

평가 결과, 실시예 1의 코인셀은 비교예 6의 경우와 비교하여 율속 성능이 향상됨을 알 수 있었다.As a result of the evaluation, it was found that the rate-controlling performance of the coin cell of Example 1 was improved as compared with that of Comparative Example 6.

평가예Evaluation example 9:  9: 비용량Non-capacity

1)실시예 1 및 비교예 1-41) Example 1 and Comparative Example 1-4

상기 실시예 1 및 비교예 1-4에 따라 제조된 코인셀을45℃의 고온에서 리튬 금속 대비 2.5 ~ 4.6V의 전압 범위에서 1C rate의 정전류로 120회 충방전시켰다. 이러한 충방전 과정을 120회 반복적으로 실시하였고 각 사이클수에 따른 비용량을 측정하여 도 13에 나타내었다.The coin cells prepared according to Example 1 and Comparative Example 1-4 were charged and discharged 120 times at a constant current of 1 C rate in a voltage range of 2.5 to 4.6 V relative to lithium metal at a high temperature of 45 ° C. The charging and discharging process was repeated 120 times, and the specific capacity according to the number of cycles was measured and shown in FIG.

도 13에서 보여지는 바와 같이 실시예 1의 리튬 전지는 비교예 1-4의 코인셀에 비해 향상된 비용량 특성을 나타내었다.As shown in FIG. 13, the lithium battery of Example 1 showed improved non-capacity characteristics as compared with the coin cell of Comparative Example 1-4.

2)실시예 1-2 및 비교예 12) Examples 1-2 and Comparative Example 1

실시예 1-2 및 비교예 1에 따라 제조된 코인셀을45℃의 고온에서 리튬 금속 The coin cells prepared according to Example 1-2 and Comparative Example 1 were coated with lithium metal

대비 2.5 ~ 4.6V의 전압 범위에서 1C rate의 정전류로 120회 충방전시켰다. 이러한 충방전 과정을 120회 반복적으로 실시하였고 각 사이클수에 따른 비용량을 측정하여 도 15에 나타내었다.Was charged and discharged 120 times at a constant current of 1 C rate in a voltage range of 2.5 to 4.6 V in contrast. This charging and discharging process was repeated 120 times and the specific capacity according to the number of cycles was measured and shown in FIG.

도 15에서 보여지는 바와 같이 실시예 1및 2의 코인셀의 비용량 특성은 비교예 1의 경우와 비교하여 개선됨을 알 수 있었고 실시예 1의 코인셀의 비용량 특성이 실시예 2의 경우에 비하여 더 우수하게 나타났다. As shown in FIG. 15, the non-capacitive characteristics of the coin cells of Examples 1 and 2 were improved compared to the case of Comparative Example 1, and the non-capacitive characteristics of the coin cell of Example 1 were improved in the case of Example 2 Compared to the control group.

평가예Evaluation example 10: 접착력 테스트 10: Adhesion test

실시예 1 및 비교예 1에 따라 얻은 양극에 대한 T-peel test(ASTM D1876)를 실시하였고 그 결과를 도 14에 나타내었다.A T-peel test (ASTM D1876) was performed on the positive electrode obtained in Example 1 and Comparative Example 1, and the results are shown in FIG.

도 14를 참조하여 실시예 1의 양극의 박리강도가 비교예 1의 경우에 비하여 증가하였다. 이로부터 실시예 1의 양극은 비교예 1의 경우와 비교하여 전극 결착력이 향상됨을 알 수 있었고 이와 같이 전극 결착력이 향상됨에 따라 이러한 양극을 채용한 코인셀의 수명 특성을 개선함을 알 수 있었다.Referring to Fig. 14, the peel strength of the positive electrode of Example 1 was higher than that of Comparative Example 1. From this, it can be seen that the electrode of Example 1 improves the electrode binding power as compared with that of Comparative Example 1, and as the electrode binding power is improved, the life characteristics of the coin cell employing such anode are improved.

이상을 통해 바람직한 일실시예에 대하여 설명하였지만, 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Of course.

10: 코어 활물질 11: 카본 나노 튜브
12: 제1고분자 13: 코팅막
20: 리튬 전지 22: 음극
23: 세퍼레이터 24: 양극
25: 캡 어셈블리 26: 전지 케이스
10: core active material 11: carbon nanotube
12: first polymer 13: coating film
20: Lithium battery 22: cathode
23: separator 24: anode
25: cap assembly 26: battery case

Claims (20)

코어 활물질;
상기 코어 활물질 상의 적어도 일부에 형성된 완전불소화된 고분자(fully fluorinated polymer) 및 불소 함량이 60 내지 90 원자%인 고분자 중에서 선택된 하나 이상의 제1고분자; 및
카본 나노 구조체를 포함하는 코팅막을 함유하는 복합 양극 활물질.
Core active material;
At least one first polymer selected from a fully fluorinated polymer formed on at least a portion of the core active material and a polymer having a fluorine content of 60 to 90 at%; And
A composite cathode active material containing a coating film containing a carbon nanostructure.
제1항에 있어서,
상기 제1고분자의 함량은 카본나노구조체 100 중량부를 기준으로 하여 10 내지 700 중량부인 복합 양극 활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the content of the first polymer is 10 to 700 parts by weight based on 100 parts by weight of the carbon nanostructure.
제1항에 있어서,
상기 제1고분자 및 카본 나노 구조체의 총함량은 복합 양극 활물질 100 중량부를 기준으로 하여 0.1 내지 30 중량부인 복합 양극 활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the total content of the first polymer and the carbon nanostructure is 0.1 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the composite cathode active material.
제1항에 있어서,
상기 제1고분자는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 퍼플루오로알콕시폴리머(PFA), 폴리테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체(poly(tetrafluoroethylene-co-hexafluoropropylene): FEP), 폴리테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬메타크릴 공중합체(polytetrafluoroethylene- perfluoroalkyl methacrylic copolymers)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 복합 양극 활물질.
The method according to claim 1,
The first polymer may be at least one selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene (PTFE), perfluoroalkoxy polymer (PFA), polytetrafluoroethylene-co-hexafluoropropylene (FEP) Fluoroethylene-perfluoroalkyl-methacrylic copolymers, and combinations thereof.
제1항에 있어서,
상기 카본 나노 구조체는 단일벽 카본나노튜브, 다중벽 카본나노튜브 또는 이들의 조합물인 복합 양극 활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the carbon nanostructure is a single-walled carbon nanotube, a multi-walled carbon nanotube, or a combination thereof.
제1항에 있어서,
상기 제1고분자 또는 복합 양극 활물질은 유기용매에 대한 용해도가 0.1 mg/ml 이하인 복합 양극 활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the first polymer or composite cathode active material has a solubility in an organic solvent of 0.1 mg / ml or less.
제1항에 있어서,
상기 코팅막의 두께가 1 내지 200nm인 복합 양극 활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the coating film is 1 to 200 nm.
제1항에 있어서,
상기 코어 활물질은 과리튬화된 층상 산화물(overlithiated layered oxides), 리튬 망간 산화물, 리튬 니켈망간 산화물, 리튬 니켈코발트망간 산화물, 비금속 원소로 도핑된 리튬 망간 산화물, 비금속 원소로 도핑된 리튬 니켈망간 산화물, 비금속 원소로 도핑된 리튬 니켈코발트망간 산화물, 및 이들 조합으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 복합 양극 활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the core active material is selected from the group consisting of overlithiated layered oxides, lithium manganese oxide, lithium nickel manganese oxide, lithium nickel cobalt manganese oxide, lithium manganese oxide doped with a nonmetal element, lithium nickel manganese oxide doped with a non- A lithium nickel cobalt manganese oxide doped with a non-metallic element, and a combination thereof.
제1항에 있어서,
상기 코어 활물질이 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 복합 양극 활물질:
[화학식 1]
yLi[Li1 /3Me2 /3]O2-(1-y)LiMe’O2
상기 화학식 1 중, 0<y<1,
Me은 Mn, Mo, W, V, Ti, Zr, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt 중에서 선택된 하나 이상이고,
Me’는 Ni, Co, Mn, Cr, Zr, Nb, Cu, V, Ti, Zn, Al, Ga, Mg, 및 붕소(B) 중에서 선택된 하나 이상이다.
The method according to claim 1,
Wherein the core active material is a compound represented by the following Formula 1:
[Chemical Formula 1]
yLi [Li 1/3 Me 2 /3] O 2 - (1-y) LiMe'O 2
Wherein 0 < y &lt; 1,
Me is at least one selected from Mn, Mo, W, V, Ti, Zr, Ru, Rh, Pd, Os,
Me 'is at least one selected from among Ni, Co, Mn, Cr, Zr, Nb, Cu, V, Ti, Zn, Al, Ga, Mg and boron.
제9항에 있어서,
상기 화학식 1에서 Me는 하기 화학식 2로 표시되는 복합 양극 활물질:
[화학식 2]
M’aMbMnc
상기 화학식 2 중 M은 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 바나듐(V), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 백금(Pt) 중에서 선택된 하나 이상이고,
M’은 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 코발트(Co), 크롬(Cr), 철(Fe), 마그네슘(Mg) 중에서 선택된 하나 이상이고,
0≤a≤0.33, 0<b≤0.33, a+b+c=1이다.
10. The method of claim 9,
In Formula 1, Me is a composite cathode active material represented by Formula 2:
(2)
M ' a M b Mn c
M in Formula 2 may be at least one selected from the group consisting of molybdenum (Mo), tungsten (W), vanadium (V), titanium (Ti), zirconium (Zr), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), osmium , Iridium (Ir), and platinum (Pt).
M 'is at least one selected from the group consisting of Ni, Cu, Zn, Co, Cr, Fe and Mg,
0? A? 0.33, 0 <b? 0.33, and a + b + c = 1.
제1항에 있어서,
상기 코어 활물질은 하기 화학식 3 내지 화학식 6으로 표시되는 화합물 중에서 선택된 하나 이상인 복합 양극 활물질:
[화학식 3]
LixCo1 -y- zNiyMzO2 - aXa
상기 화학식 3 중, 0.9≤x≤1.6, 0≤y≤1, 0≤z≤1, 0≤a≤1,
X는 산소(O), 불소(F), 황(S) 및 인(P) 중에서 선택된 하나 이상이고,
M은 Ni, Co, Mn, Cr, Zr, Nb, Cu, V, Ti, Zn, Al, Ga, Mg, 및 붕소(B) 중에서 선택된 하나 이상이고,
[화학식 4]
LixMn2 - yMyO4 - aXa
상기 화학식 4 중, 0.9≤x≤1.6, 0≤y≤1, 0≤z≤0.5, 0≤a≤1,
X는 산소(O), 불소(F), 황(S) 및 인(P) 중에서 선택된 하나 이상이고,
M은 Ni, Co, Mn, Cr, Zr, Nb, Cu, V, Ti, Zn, Al, Ga, Mg, 및 붕소(B) 중에서 선택된 하나 이상이고,
[화학식 5]
MFePO4
상기 화학식 5 중, M은 Ni, Co, Mn, Cr, Zr, Nb, Cu, V, Ti, Zn, Al, Ga, Mg, 및 붕소(B) 중에서 선택된 하나 이상이고,
<화학식 6>
LixMyM'zPO4 - dXd
상기 화학식 6중, 0.9≤x≤1.1, 0<y≤1, 0≤z≤1, 1.9≤x+y+z≤2.1, 0≤d≤0.2이며; M은 Fe, Mn, Ni 및 Co로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이며;
M'는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Zr, Nb, Mo, W, Zn, Al, Si, Cr, Zr, Nb, Cu, V, Ti, Zn, Ga, 및 붕소(B)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이며; X는 S 및 F로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이다.
The method according to claim 1,
Wherein the core active material is at least one selected from the group consisting of compounds represented by the following Chemical Formulas 3 to 6:
(3)
Li x Co 1 - y - z Ni y M z O 2 - a X a
0.9? X? 1.6, 0? Y? 1, 0? Z? 1, 0? A?
X is at least one selected from oxygen (O), fluorine (F), sulfur (S) and phosphorus (P)
M is at least one selected from the group consisting of Ni, Co, Mn, Cr, Zr, Nb, Cu, V, Ti, Zn, Al, Ga, Mg,
[Chemical Formula 4]
Li x Mn 2 - y M y O 4 - a X a
X? 1.6, 0? Y? 1, 0? Z? 0.5, 0? A? 1,
X is at least one selected from oxygen (O), fluorine (F), sulfur (S) and phosphorus (P)
M is at least one selected from the group consisting of Ni, Co, Mn, Cr, Zr, Nb, Cu, V, Ti, Zn, Al, Ga, Mg,
[Chemical Formula 5]
MFePO 4
In Formula 5, M is at least one selected from the group consisting of Ni, Co, Mn, Cr, Zr, Nb, Cu, V, Ti, Zn, Al, Ga, Mg,
(6)
Li x M y M ' z PO 4 - d X d
0.9? X? 1.1, 0? Y? 1, 0? Z? 1, 1.9? X + y + z? 2.1, 0? D? M is at least one selected from the group consisting of Fe, Mn, Ni and Co;
M 'is composed of Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Zr, Nb, Mo, W, Zn, Al, Si, Cr, Zr, Nb, Cu, V, Ti, Zn, Ga, At least one selected from the group; X is at least one selected from the group consisting of S and F.
제1항에 있어서,
상기 코어 활물질은
Li1 .18Ni0 .17Co0 .1Mn0 .56O2, LiCoO2, LiFePO4, LiFe1 -aMnaPO4(0<a<1), LiNi0 .5Mn1 .5O4 또는 LiMnPO4인 복합 양극 활물질.
The method according to claim 1,
The core active material
Li 1 .18 Ni 0 .17 Co 0 .1 Mn 0 .56 O 2, LiCoO 2, LiFePO 4, LiFe 1 -a Mn a PO 4 (0 <a <1), LiNi 0 .5 Mn 1 .5 O 4 or LiMnPO 4 .
제1항에 있어서,
상기 코팅막은 단일막 또는 다층막 형태인 복합 양극 활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the coating film is in the form of a single film or a multilayer film.
제1항에 있어서,
상기 코팅막은 코어 활물질 상에 형성된 완전불소화된 고분자 및 불소 함량이 60 내지 90원자%인 고분자 중에서 선택된 하나 이상의 제1고분자를 함유하는 제1코팅막 및 상기 제1코팅막 상부에 형성된 카본 나노 구조체를 포함하는 제2코팅막을 포함하는 복합 양극 활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the coating film comprises a first coating film containing at least one first polymer selected from a completely fluorinated polymer formed on the core active material and a polymer having a fluorine content of 60 to 90 atomic percent and a carbon nanostructure formed on the first coating film And a second coating film.
제1항에 있어서,
상기 코팅막이 폴리테트라플루오로에틸렌 및 카본나노튜브를 포함하는 복합 양극 활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the coating film comprises polytetrafluoroethylene and carbon nanotubes.
코어 활물질 상에.완전불소화된 고분자 및 불소 함량이 60 내지 90 원자%인 고분자 중에서 선택된 하나 이상의 제1고분자; 및 카본 나노 구조체를 포함하는 코팅막을 형성하는 단계를 포함하는 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항의 복합 양극 활물질을 얻는 복합 양극 활물질의 제조방법.At least one first polymer selected from a completely fluorinated polymer and a polymer having a fluorine content of 60 to 90 atomic% on the core active material; And forming a coating film containing a carbon nanostructure. The method of producing a composite cathode active material according to any one of claims 1 to 15, 제16항에 있어서,
상기 코팅막을 형성하는 단계가
건식 방법에 따라 실시하는 복합 양극 활물질의 제조방법.
17. The method of claim 16,
The step of forming the coating film
A method for producing a composite cathode active material according to a dry method.
제17항에 있어서,
상기 건식 방법이 유성 볼밀법, 저속 볼밀법, 고속 볼밀법, 혼성화법(hybridization)법 및 메카노퓨전(mechanofusion)법으로 이루어지는 군에서 선택된 하나의 방법을 사용하는 제조방법.
18. The method of claim 17,
Wherein the drying method is one selected from the group consisting of a planetary ball milling method, a low speed ball milling method, a high speed ball milling method, a hybridization method and a mechanofusion method.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 복합 양극 활물질을 포함하는 양극.An anode comprising the composite cathode active material according to any one of claims 1 to 15. 제19항에 따른 양극을 포함하는 리튬 전지.20. A lithium battery comprising a positive electrode according to claim 19.
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